潮流能發電裝置及其導流罩的制作方法

專利名稱:潮流能發電裝置及其導流罩的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種潮流能發電裝置及其導流罩。潮流能發電裝置包括框架、至少一根轉軸、至少一個驅動單元、至少一個水平軸水輪發電機和至少一個導流罩。轉軸可轉動地設置于框架。驅動單元位于水面上，連接轉軸以驅動轉軸轉動。水平軸水輪發電機固定于轉軸。導流罩固定于框架且包括兩個導水部分和中間部分，中間部分位于兩個導水部分之間。轉軸的軸線和水平軸水輪發電機的中心軸線形成的交點為中心點，中間部分的內表面上的任一點到中心點之間的距離為第一距離，葉片離中心點最遠的一個端點為最遠端點到中心點之間的距離為第二距離，第一距離大于第二距離。中間部分分別面向兩個導水部分的兩端的橫截面的半徑略大于最遠端點到中心軸線之間的距離。
【專利說明】
潮流能發電裝置及其導流罩
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種發電裝置，尤其涉及一種潮流能發電裝置及其導流罩。
【背景技術】
[0002]海洋能(包含潮汐能、潮流能、波浪能、海流能)是指海水流動的能量，作為可再生能源，儲量豐富，分布廣泛，具有極好的開發前景和價值。海洋能的利用方式主要是發電，其工作原理與風力發電類似，即通過能量轉換裝置，將海水的機械能轉換成電能。具體而言，首先海水沖擊水輪機，水輪機將水流的能量轉換為旋轉的機械能，然后水輪機經過機械傳動系統帶動發電機發電，最終轉換成電能。
[0003]現今能源日益短缺，溫室效應日益嚴重，能源需要低碳化，所以風能，海洋能等清潔能源是未來能源的發展方向。但現在這些清潔能源的發電設備，除了風能利用比較成熟夕卜，海洋能的利用還都是在起步階段，沒有通用和成熟的設備。現有的少數設備也存在效率低下，設備不能大規模化的問題。
[0004]由于海洋環境復雜，水中阻力大，傳統的海洋能發電裝置的安裝都必須在海里進行，困難度高，費用龐大。另外，由于發電裝置長期接觸海水，在海水的長期侵蝕和巨大沖擊力下，海洋能發電裝置使用一段時間后就要定期進行維修或更換。然而傳統的海洋能發電裝置的維修和更換也均在海里進行，困難度高，成本巨大。甚至，因為部分組件的損壞，導致整個海洋能發電裝置的報廢，這是海洋能發電裝置高成本的重要原因之一，也是造成現有的海洋能發電裝置無法大規模化、商業化運營的直接原因。
[0005]尤其是水平軸水輪發電機，由于其所有設備(包括葉片和發電機)均在水下，因此水平軸水輪發電機的維修更加困難，成本更高。因此，即便水平軸水輪發電機的發電效率高于垂直軸水輪發電機，但水平軸水輪發電機仍然無法商業化。然而，目前海洋能發電領域的技術人員都忽略了對安裝和維修方式的改進。
[0006]另外，由于潮流能是利用海洋的潮流進行發電。伴隨著漲潮和落潮，潮流的方向會發生改變。傳統的大部分水平軸水輪發電機都不可以旋轉，導致潮流能發電機只能利用漲潮或者落潮進行發電，發電效率極低。現有技術人員為了充分利用漲潮和落潮產生的能量，選擇安裝兩套發電系統。一套發電系統的葉輪朝向漲潮方向，另一套發電系統的葉輪朝向落潮方向。雖然看似漲潮和落潮產生的能量都充分得以利用，但是在漲潮或落潮時，始終會有一套發電系統閑置。增加一套發電系統使得生產成本翻倍，而產生的電能功率的提高遠不及成本的增加，這極大地限制了潮流能發電裝置的推廣和運用。
[0007]要注意的是，漲潮和落潮的潮流速度并不恒定。在安裝發電裝置時，一旦發電機選定，它的負載量就確定下來。然而，潮流的速度并不恒定，因此造成發電量并不恒定。現有的潮流能發電裝置為了節省成本以及受到技術上的局限，無論是水平軸水輪發電機還是垂直軸水輪發電機只能承載在一定水流速度以下的發電負荷。一旦水流速度增加，發電量超過負荷，發電機會超負荷工作很容易損毀。因此，為了延長發電機的工作壽命，傳統的潮流能發電裝置一旦潮流超過一定速度就徹底切斷水流，使得發電機停止工作，大幅度降低了發電效率。
[0008]現有一種潮流能發電裝置借鑒風能發電機的設計，通過變槳的方式調節發電裝置的負荷。當水流速度較大時，通過調節裝置使槳葉迎角減小；當水流速度較小時，通過調節裝置使槳葉迎角增大。然而，這種設計存在很大的弊端。不同于風能發電機的使用環境，水平軸水輪發電機是在水中使用，受到的阻力遠遠大于風能發電機受到的阻力。并且，由于調節的是水平軸水輪發電機的葉片角度，旋轉機構是整個都位于水里，要實現葉片角度的旋轉就需要精準地設計葉片各部件之間的安裝緊密程度。若連接很緊密，摩擦力太大，則很難調整葉片的迎水面角度，導致調節裝置無法發揮調節的功效。這種情況下的發電裝置在水流太小時無法提高效率，在水流太大時也無法真正保護發電機。若連接太松，摩擦力太小，雖然可以輕松地調節，但是會存在喪失密封性這一嚴重問題。這樣水流將會灌入水輪發電機內部造成整個水輪發電機損壞，維修率大大提高，成本巨增。并且水輪發電機有幾個葉片就要對應安裝幾個旋轉機構和控制機構，其成本和技術難度急劇增加。
【實用新型內容】
[0009]本實用新型為了克服現有技術中的至少一個不足，提供一種潮流能發電裝置及其導流罩。
[0010]為了實現上述目的，本實用新型提供一種潮流能發電裝置，包括框架、至少一根轉軸、至少一個驅動單元、至少一個水平軸水輪發電機和至少一個導流罩。轉軸可轉動地設置于框架，轉軸具有軸線，軸線的方向垂直于水平面。驅動單元位于水面上，連接轉軸以驅動轉軸轉動。至少一個水平軸水輪發電機固定于轉軸，水平軸水輪發電機包括葉片和發電機，水平軸水輪發電機具有中心軸線，中心軸線的方向平行于水平面。至少一個導流罩固定于框架，導流罩包括兩個導水部分和中間部分，中間部分位于兩個導水部分之間。其中，轉軸的軸線和水平軸水輪發電機的中心軸線形成的交點為中心點，中間部分的內表面上的任一點到中心點之間的距離為第一距離，葉片離中心點最遠的一個端點為最遠端點，最遠端點到中心點之間的距離為第二距離，第一距離大于第二距離。中間部分分別面向兩個導水部分的兩端的橫截面為圓形，橫截面所在的平面垂直于水平面且垂直于水流方向，橫截面的半徑略大于最遠端點到中心軸線之間的最短距離。
[0011]于本實用新型的一實施例中，中間部分的內表面上的任一點到中心點之間的距離相等。
[0012]于本實用新型的一實施例中，中間部分的內表面上的任一點到中心點之間的距離略大于第二距離。
[0013]于本實用新型的一實施例中，每個導水部分遠離中間部分的一端的橫截面為矩形，每個導水部分面向中間部分的一端的橫截面為圓形，圓形橫截面和矩形橫截面均垂直于水平面且垂直于水流方向，圓形橫截面的面積小于矩形橫截面的面積。
[0014]于本實用新型的一實施例中，框架包括外框架和至少一個內框架，內框架可分離地設置于外框架內。
[0015]于本實用新型的一實施例中，至少兩個水平軸水輪發電機固定于一根安裝軸上且于同一個內框架內沿垂直于水平面的方向排列。
[0016]根據本實用新型的另一方面，本實用新型還提供一種導流罩，應用于潮流能發電裝置中，潮流能發電裝置包括至少一個水平軸水輪發電機和至少一根轉軸，水平軸水輪發電機固定于轉軸，轉軸具有軸線，軸線的方向垂直于水平面，水平軸水輪發電機包括葉片和發電機，水平軸水輪發電機具有中心軸線，中心軸線的方向平行于水平面，其特征在于，導流罩包括兩個導水部分和中間部分，中間部分位于兩個導水部分之間。轉軸的軸線和水平軸水輪發電機的中心軸線形成的交點為中心點，中間部分的內表面上的任一點到中心點之間的距離為第一距離，葉片離中心點最遠的一個端點為最遠端點，最遠端點到中心點之間的距離為第二距離，第一距離大于第二距離；中間部分分別面向兩個導水部分的兩端的橫截面為圓形，橫截面所在的平面垂直于水平面且垂直于水流方向，橫截面的半徑略大于最遠端點到中心軸線之間的距離。
[0017]于本實用新型的一實施例中，導流罩為非對稱結構。
[0018]綜上所述，本實用新型提供的潮流能發電裝置通過設置導流罩，將水流都集中導向水平軸水輪發電機，使得水平軸水輪發電機的葉片受力更大、轉速更快，從而提高發電效率。通過設置轉軸，創新地通過改變整個水平軸發電機的朝向而非單獨改變葉片迎水角的方式對發電機的負荷進行調節，使得無論水流速度多大發電機一直可以保證能夠在安全負荷內正常發電，極大地提高了發電效率。另外，通過設置可轉動的轉軸，使得無論漲潮還是落潮，水平軸水輪發電機的葉片可以始終朝向水流，從而確保最大的發電功率。通過設置特定尺寸的導流罩，以確保所有經過發電裝置的水流都被聚攏到沖向葉片，因此完全利用上游水位和下游水位之間的“壓差”，大大提高發電效率。本實用新型的導流罩限制水流不會從導流罩和葉片轉動區域之間的間隙直接流出以確保較高的收效能。
[0019]另外，本實用新型通過設置可分離的內框架和外框架，使得發電裝置可以在水面上進行模塊化組裝和替換，大幅度降低維修和安裝費用，克服了傳統潮流能發電裝置無法商業化、大規模化的難題。
[0020]并且，在垂直于水平面的方向上排布至少三個水平軸水輪發電機，在平行于水平面的方向上也排布至少兩個水平軸水輪發電機，使得水輪發電機實現矩陣化排布，充分利用整個海域橫向和縱向的潮流能，大大提高發電效率。
[0021]進一步，本實用新型實施例中提供的導流罩，兩端的橫截面的面積大于中間部分的橫截面的面積，起到更好的導流和聚流的作用，增大了沖向葉片的壓力，大幅度提高發電效率。
[0022]特別地，通過將導流罩設置為非對稱結構，從而確保無論是漲潮還是落潮，所有水流都能正確地被導流罩引導向水輪發電機，從而最大限度地利用水流進行發電，提高發電效率。
[0023]為讓本實用新型的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
【附圖說明】

[0024]圖1所示為根據本實用新型第一實施例提供的潮流能發電裝置的組裝示意圖。
[0025]圖2所示為根據本實用新型第一實施例提供的潮流能發電裝置的俯視圖。
[0026]圖3所示為根據本實用新型第一實施例提供的導流罩和水平軸水輪發電機的立體圖。
[0027]圖4所示為根據本實用新型第一實施例提供的導流罩和水平軸水輪發電機的側視透視圖。
[0028]圖5所示為根據本實用新型第一實施例提供的導流罩和水平軸水輪發電機的俯視剖視圖。
[0029]圖6為圖5去除導流罩后的示意圖。
[0030]圖7所示為根據本實用新型第一實施例提供的導流罩的正視圖。
[0031]圖8所示為根據本實用新型第二實施例提供的導流罩的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]圖1所示為根據本實用新型第一實施例提供的潮流能發電裝置的組裝示意圖。圖2所示為根據本實用新型第一實施例提供的潮流能發電裝置的俯視圖。請一并參考圖1和圖
2。本實用新型第一實施例中提供的潮流能發電裝置包括框架、至少一個水平軸水輪發電機
3、至少一根轉軸4、至少一個導流罩5和驅動單元6。導流罩5對應于水平軸水輪發電機3設置。
[0033]于本實施例中，框架10包括外框架I和至少一個內框架2，至少一個內框架2可分離地設置于外框架I內。外框架I可由鋼材料焊接而成。于本實施例中，外框架I可具有多個固定粧11。通過在外套管內澆灌混凝土形成固定粧11。外框架I通過打粧的方式固定于海底F。于本實施例中，外框架I還具有多個減小水流阻力結構12。多個減小水流阻力結構12位于外框架I的迎水側。通過設置減小水流阻力結構12于外框架I的迎水側，大大減小了外框架I的外套管(之后在此處就形成固定粧11)承受水力沖擊的受力面積，同時大幅度提高了后續形成的固定粧11的穩定度。如圖2所示，減小水流阻力結構12位于外框架I的最上邊和最下邊。于本實施例中，減小水流阻力結構12的截面為三角形。然而，本實用新型對減小水流阻力結構12的具體形狀和結構不作任何限定。于其他實施例中，該減小水流阻力結構可制造為流線型。
[0034]于本實施例中，內框架2上可設有卡勾(圖未示)，外框架I上可設有卡槽(圖未示)，內框架2通過卡勾和卡槽的相互卡合嵌入到外框架I內。然而，本實用新型對內框架2與外框架I之間的固定方式不作任何限定。本實用新型對內框架2的具體數量也不作任何限定。優選地，內框架2的數量大于或等于三個。于實際應用中，內框架2的數量可以多達12個或14個。如圖1所示，多個內框架2沿平行于水平面P的方向排布，從而實現了潮流能發電裝置規模的橫向擴展，大大提高潮流能的利用率，突破了現有潮流能發電裝置無法實現規模化的弊端。
[0035]至少一根轉軸4可轉動地設置于框架10的內框架2。本實用新型對轉軸4的數量不做任何限定。轉軸4具有軸線XI，軸線Xl的方向垂直于水平面P。于本實施例中，至少兩個水平軸水輪發電機3固定于一根轉軸4上且于同一個內框架2內沿垂直于水平面P的方向Dl排列。從圖1所示方向看去，至少兩個水平軸水輪發電機3為縱向排列，從而實現了潮流能發電裝置規模沿海洋深度的縱向擴展，大大提高發電功率，進一步克服了現有傳統潮流能發電裝置無法實現規模化的問題。
[0036]海底通常高低不平。由于巖石等的存在，即便在相距不到十米的地方，海底表面的高低差距也會非常大。本實用新型潮流能發電裝置能夠充分利用海洋垂直方向的能量，可以根據海底和水面之間的距離靈活調整方向Dl上水平軸水輪發電機3的數量。舉例而言，在海底比較高的地方，可以只有兩個水平軸水輪發電機3固定于一根轉軸4上，在海底比較低的地方，可以將四個水平軸水輪發電機3固定于一根轉軸4上。換言之，每根轉軸上水輪發電機3的數量并不需要相等。
[0037]于本實用新型中，一個內框架2、至少一個水平軸水輪發電機3、至少一根轉軸4和一個驅動單元6共同形成一個內置模塊100。于實際應用中，可先將至少一個水平軸水輪發電機3、至少一根轉軸4和至少一個驅動單元6固定在一個內框架2內，然后將至少一個這樣組裝好的內框架2固定在外框架I內，從而實現潮流能發電裝置的模塊化安裝。具體而言，內置模塊100的組裝可在岸上或海上平臺進行，然后將內置模塊100由上往下吊入置于海中的外框架I內和外框架I進行固定，如此實現海面上的安裝作業，大大簡化安裝程序，減少安裝時間，降低海洋中安裝難度。
[0038]水平軸水輪發電機3包括葉片31和發電機32，水平軸水輪發電機3具有中心軸線X2，中心軸線X2的方向平行于水平面P。本實用新型對水平軸水輪發電機3的葉片31的數量不做任何限定，每個水平軸水輪發電機3可具有2個、3個或4個等葉片。由于水平軸水輪發電機3的葉片31和發電機32全部在水下，因此，若水平軸水輪發電機3發生故障，傳統的潮流能發電裝置將需要在海里進行維修。這樣維修非常困難且費用龐大。然而，本實施例的潮流能發電裝置可直接將內置模塊100從海中取出進行維修或更換，實現潮流能發電裝置的海面上快速更換和維修，大大降低了維修成本，使得潮流能發電裝置的商業化得以實現。
[0039]于本實施例中，內框架2的數量等于轉軸4的數量，且水平軸水輪發電機3的數量大于轉軸4的數量。然而，本實用新型對此不作任何限定。于其它實施例中，一個內置模塊100可具有多根轉軸4和每根轉軸4上可具有兩個以上的水平軸水輪發電機3。
[0040]每兩個安裝于同一根轉軸4上的水平軸水輪發電機3同步進行轉動。驅動單元6連接轉軸4以驅動轉軸4轉動。由于漲潮和落潮的水流方向相反，無論水流朝哪個方向流入，通過轉軸4的轉動控制水平軸水輪發電機3的葉片31始終朝向水流，從而提高潮流能的利用率，提高發電效率。
[0041]于本實用新型中，驅動單元6是位于水面上。現有技術中少數水平軸水輪發電機可以實現轉動，但是驅動單元均是位于水面以下，有的甚至和發電機部分集成為一體。由于現有技術中的控制系統、驅動系統、傳動系統、變流系統和發電系統都集成在葉片后形成一個整體，導致現有的水平軸水輪發電機的非葉片部分的體積非常大，大大降低了電子元器件的效能。并且傳動系統包括電機非常容易損壞，經常需要維修，這些元件設置在水面下將大幅度增加維修難度和成本。但是本實用新型中的驅動單元6是位于水面以上而非水面下，徹底解決了上述問題，并且可以大幅度減小水平軸水輪發電機非葉片部分的體積，從而提高電子元器件的效能，最終達到提高發電效率的目的。
[0042]于本實施例中，驅動單元6的數量對應于轉軸4的數量。然而，本實用新型對此不做任何限定。于其它實施例中，可以通過齒輪等傳動機構，實現一個驅動單元6對兩個轉軸4的控制。每個驅動單元6可包括電動機和傳動機構，傳動機構連接轉軸4的一端，電動機通過傳動機構驅動轉軸4轉動。然而，本實用新型對此不作任何限定。于其它實施例中，驅動單元6可包括電動機和減速機。由于現有的電動機轉速都較快，通過減速機后轉速大大降低，因此能有效且精準地控制轉軸4的轉速和轉動幅度。
[0043]于實際應用中，當水流沿圖2中所示的水流方向D流向潮流能發電裝置時，驅動單元6不運作。此時，水平軸水輪發電機3的葉片31面向水流。當水流沿水流方向D相反的方向(從圖2中看去為由上往下)流向潮流能發電裝置時，驅動單元6驅動轉軸4轉動，從而帶動水平軸水輪發電機3旋轉180度，使得葉片31從朝下改為朝上，以保證水平軸水輪發電機3的葉片31始終朝向水流。此種情況尤其適用于利用潮汐能發電，確保了最大的發電功率。
[0044]特別地，實際應用中漲潮和落潮的水流方向并不完全平行，也并不一定會垂直于水平軸水輪發電機3的迎水面。無論水流從哪個方向涌入水平軸水輪發電機3，本實用新型的發電裝置可以通過轉軸4控制水平軸水輪發電機3改變朝向以使水平軸水輪發電機3始終正對水流，從而最大程度地利用潮流能，提高發電功率。
[0045]并且，當實際水流速度高于水平軸水輪發電機3能承受的最大負荷對應的額定速度時，此時只需通過轉軸4轉動控制水平軸水輪發電機3使其旋轉偏離水流方向一個角度，則可以有效降低水平軸水輪發電機3的負載，在確保水平軸水輪發電機3不會因超負荷損毀的同時，確保水平軸水輪發電機3仍然正常工作，持續穩定地輸出發電。克服了傳統海洋能發電裝置中當水流速度過大，發電機為了避免燒毀就停止工作的弊端，同時無需進行變槳調節，使得發電機的負荷調節更加簡單有效。當實際水流速度小于發電機3能承受的最大負荷對應的額定速度時，此時只需通過轉軸4轉動控制水平軸水輪發電機3使其旋轉正對水流方向(即葉片的迎水面垂直于水流方向)，則可以最大程度地利用水流進行發電，提高發電功率。
[0046]如圖3至圖7所示，導流罩5具有兩個導水部分51和一個中間部分52。中間部分52位于兩個導水部分51之間。轉軸4的軸線Xl和水平軸水輪發電機3的中心軸線X2形成的交點為中心點C。中間部分5 2的內表面5 21上的任一點(如圖5所示的點5 2a)到中心點C之間的距離為第一距離SI，每個葉片31離中心點C最遠的一個端點為最遠端點E，最遠端點E到中心點C之間的距離為第二距離S2，第一距離SI大于第二距離S2。
[0047]于本實施例中，中間部分52的內表面521上的任一點到中心點C之間的距離相等，即第一距離SI可為定值。具體而言，轉軸4在轉動水平軸水輪發電機3時葉片31的最遠端點E的運動軌跡為圖中所示的圓形，所述圓形是以中心點C為圓心，最遠端點E到中心點C之間的距離為半徑。中間部分52的橫剖面(該橫剖面所在的平面平行于水平面P，即從圖5所示的方向看過去的剖面)為圓弧形，圖5所示的兩段圓弧線是以中心點C為圓心，中間部分52的內表面521上的任一點到中心點C之間的第一距離SI為半徑所做的圓的兩段圓周線。在這種情況下，中間部分52是一個完整球面去除頂部和底部后的一部分，球心為中心點C。
[0048]然而，本實用新型對此不作限定。于其它實施例中，第一距離SI可為變量，即中間部分52的內表面521上的任一點到中心點C之間的第一距離SI可因各個點的位置而有所不同。具體而言，于其它實施例中，中間部分52沿該剖視方向看過去仍然可以是一段弧形，但該弧形可不是圓弧形，且曲率半徑可遠小于本實施例中弧形的曲率半徑。或者于其它實施例中，中間部分52沿該剖視方向看過去可以是波浪形或者折線型，只要滿足第一距離SI大于第二距離S2即可，以保證水平軸水輪發電機3在改變方向時能夠在導流罩5內順暢轉動。
[0049]優選地，第一距離SI略大于第二距離S2，即中間部分52的內表面521和葉片31的最遠端點E之間的運動軌跡僅僅存在非常小的間隙，這個間隙確保水平軸水輪發電機3在改變朝向時葉片31的最遠端點E不會摩擦中間部分52的內表面，同時也確保導流罩5盡可能地把所有水流全部聚攏在葉片31轉動的區域內，以盡可能不讓水流沒有經過葉片31的推動而從該間隙直接穿過導流罩5。
[0050]于本實用新型中，中間部分52分別面向兩個導水部分51的兩端的橫截面S為圓形，所述橫截面S所在的平面垂直于水平面P且垂直于水流方向D，橫截面S的半徑R略大于最遠端點E到所述中心軸線X2之間的最短距離S3(即從最遠端點E作垂直于中心軸線X2的垂線，該垂線的長度即為最短距離S3)。本實用新型中所指的“略大于”是指首先橫截面S的半徑R大于最短距離S3以使得中間部分52不會阻礙葉片31的轉動，其次橫截面S的面積僅僅是比葉片31的最遠端點E轉動時所形成的圓的面積稍微大，以使得所有沖向葉片31的水流幾乎都全部在葉片31轉動的區域內而基本不會從中間部分52和葉片31轉動的區域之間的間隙流到中間部分52的內部。
[0051]傳統少數的水平軸水輪發電機3可以進行轉動，但是為了方便水平軸水輪發電機3的轉動，現有技術并沒有考慮導流罩5的最優尺寸，而是僅僅考慮把橫截面S的半徑R做到大于葉片31的最遠端點E到中心點C之間的第二距離S2。然而，現有的導流罩為圓筒狀(即從俯視方向看過去，導流罩中間部分的左右兩邊為直線型)，由于第二距離S2肯定大于最短距離S3，這樣勢必會導致橫截面S的半徑R會遠遠大于最短距離S3，最終導致相當一部分水流從導流罩5和葉片31轉動區域之間的間隙逸出，即水流沒有沖向葉片31而是直接穿過導流罩5流到下游。這樣的弊端是發電效率會大幅度下降，收效能至少會降低10%。
[0052]由于在實際使用中，潮流能發電裝置上游的水位和潮流能發電裝置下游的水位具有高度差，從而形成巨大的壓差。如果沒有導流罩5，則無法有效利用該壓差進行發電；如果大部分水流從導流罩5中直接穿過，則發電效率將得不到有效提高。
[0053]于本實施例中，每個導水部分51遠離中間部分52的一端的橫截面511為矩形，每個導水部分51面向中間部分52的一端的橫截面為圓形，圓形橫截面和矩形橫截面511均垂直于水平面P且垂直于水流方向D，圓形橫截面的面積小于矩形橫截面的面積。具體而言，每個導水部分51為一端為矩形然后過渡到另一端為圓形的立體結構。導水部分51的圓形橫截面的面積可近乎等于中間部分的圓形橫截面S的面積。
[0054]通過將導水部分51的一端設置為矩形，可以實現和外框架I或內框架2連接端面的無縫連接。現有的潮流能發電裝置中使用的導流罩，其迎水側的橫截面為圓形。由于現有框架均為矩形，在安裝過程中就會在圓形和矩形之間產生空隙。若該空隙沒有東西阻擋，當潮流沖擊向水平軸水輪發電機時，相當一部分水流會從該空隙涌向水平軸水輪發電機，甚至沖擊葉片的背面，大大降低了發電功率。若將該空隙用平板進行阻隔，則水流會直接沖向該平板，形成巨大的應力，容易損壞整個框架的結構。特別是經過該平板阻擋后，水流方向會發生改變甚至水流亂竄，嚴重降低了潮流能利用率，進而降低了發電功率。
[0055]通過從矩形過渡到面積更小的圓形，縮小了水流通道，將水流都集中導向水平軸水輪發電機3，使得水平軸水輪發電機3的葉片31受力更大、轉速更快，從而提高發電效率。特別地，本實施例中的導流罩5兩端均為矩形而非一端為矩形，這樣無論漲潮還是落潮，該導流罩5都可以實現導流作用。
[0056]然而，本實用新型對此不作任何限定，導水部分的兩端為圓形的結構也可以適用于本實用新型。于本實施例中，中間部分52和兩個導水部分51分別連接在一起，通過這種設置，導流罩5形成一個整體，這樣水流從導流罩5的內部通過而不會逸到導流罩5之外。然而本實用新型對此不作任何限定，若導水部分51和中間部分52之間具有間隙也在本實用新型的保護范圍內。
[0057]圖8所示為根據本實用新型第二實施例提供的導流罩的示意圖。于本實施例中，夕卜框架、內框架、水平軸水輪發電機、轉軸和驅動單元的結構和功能，皆如第一實施例所述，在此不再贅述。以下僅就不同之處予以說明。
[0058]如圖8所示，每個導流罩為非對稱結構。具體而言，每個導流罩同樣具有兩個導水部分51’和一個中間部分52’。每個導水部分51’為一端為矩形然后過渡到另一端為圓形的立體結構。然而，中間部分52’為非對稱結構。具體而言，其中一個導水部分51’具有第一中心軸線Al，另一個導水部分51’具有第二中心軸線A2，第二中心軸線A2和第一中心軸線Al形成不為零的夾角。
[0059]于實際使用中，潮流的漲潮方向和落潮方向并不是理想的180°完全相反的兩個方向。本領域技術人員容易忽略實際水域中漲潮和落潮水流方向的偏差，因而現有使用的導流罩都為對稱結構。不同水域中漲潮時水流方向和落潮時水流方向之間會具有一個偏差角度，從3°到20°不等。若潮流能發電裝置采用對稱的導流罩結構，漲潮和落潮兩個方向的水流中勢必會有一個得不到導流罩完全正確地引導，因此水平軸水輪發電機也將無法完全充分地利用兩個方向的水流進行發電。然而，通過將第二中心軸線A2和第一中心軸線Al之間形成的夾角設置成漲潮方向和落潮方向之間的偏差角度相一致，從而確保無論是漲潮還是落潮，所有水流都能正確地被導流罩引導向水輪發電機，從而最大限度地利用水流進行發電，提尚發電效率。
[0060]本實用新型申請中的“水流方向”指的是漲潮或落潮時的水流方向，其他因水流碰到阻擋物改變后的方向并不是本實用新型所指的水流方向。由于實際應用中任何部件都會具有厚度，本實用新型申請中所指的中間部分的“橫截面”在實際情況中是個“環形”，本實用新型申請中所指的“橫截面的半徑”指的是該環形的內徑。
[0061]綜上所述，本實用新型提供的潮流能發電裝置通過設置導流罩，將水流都集中導向水平軸水輪發電機，使得水平軸水輪發電機的葉片受力更大、轉速更快，從而提高發電效率。通過設置轉軸，創新地通過改變整個水平軸發電機的朝向而非單獨改變葉片迎水角的方式對發電機的負荷進行調節，使得無論水流速度多大發電機一直可以保證能夠在安全負荷內正常發電，極大地提高了發電效率。另外，通過設置可轉動的轉軸，使得無論漲潮還是落潮，水平軸水輪發電機的葉片可以始終朝向水流，從而確保最大的發電功率。通過設置特定尺寸的導流罩，以確保所有經過發電裝置的水流都被聚攏到沖向葉片，因此完全利用上游水位和下游水位之間的“壓差”，大大提高發電效率。本實用新型的導流罩限制水流不會從導流罩和葉片轉動區域之間的間隙直接流出以確保高的收效能。
[0062]另外，本實用新型通過設置可分離的內框架和外框架，使得發電裝置可以在水面上進行模塊化組裝和替換，大幅度降低維修和安裝費用，克服了傳統潮流能發電裝置無法商業化、大規模化的難題。
[0063]并且，在垂直于水平面的方向上排布至少三個水平軸水輪發電機，在平行于水平面的方向上也排布至少兩個水平軸水輪發電機，使得水輪發電機實現矩陣化排布，充分利用整個海域橫向和縱向的潮流能，大大提高發電效率。
[0064]進一步，本實用新型實施例中提供的導流罩，兩端的橫截面的面積大于中間部分的橫截面的面積，起到更好的導流和聚流的作用，增大了沖向葉片的壓力，大幅度提高發電效率。
[0065]特別地，通過將導流罩設置為非對稱結構，從而確保無論是漲潮還是落潮，所有水流都能正確地被導流罩引導向水輪發電機，從而最大限度地利用水流進行發電，提高發電效率。
[0066]雖然本實用新型已由較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟知此技藝者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，因此本實用新型的保護范圍當視權利要求書所要求保護的范圍為準。
【主權項】
1.一種潮流能發電裝置，其特征在于，包括: 框架； 至少一根轉軸，可轉動地設置于所述框架，所述轉軸具有軸線，軸線的方向垂直于水平面； 至少一個驅動單元，位于水面上，連接所述轉軸以驅動所述轉軸轉動； 至少一個水平軸水輪發電機，固定于所述轉軸，所述水平軸水輪發電機包括葉片和發電機，所述水平軸水輪發電機具有中心軸線，中心軸線的方向平行于水平面； 至少一個導流罩，固定于所述框架，所述導流罩包括兩個導水部分和中間部分，所述中間部分位于兩個導水部分之間； 其中，轉軸的軸線和水平軸水輪發電機的中心軸線形成的交點為中心點，中間部分的內表面上的任一點到中心點之間的距離為第一距離，葉片離中心點最遠的一個端點為最遠端點，所述最遠端點到中心點之間的距離為第二距離，所述第一距離大于所述第二距離； 所述中間部分分別面向兩個導水部分的兩端的橫截面為圓形，所述橫截面所在的平面垂直于水平面且垂直于水流方向，所述橫截面的半徑略大于所述最遠端點到所述中心軸線之間的最短距離。2.根據權利要求1所述的潮流能發電裝置，其特征在于，所述中間部分的內表面上的任一點到中心點之間的距離相等。3.根據權利要求2所述的潮流能發電裝置，其特征在于，所述中間部分的內表面上的任一點到中心點之間的距離略大于所述第二距離。4.根據權利要求1所述的潮流能發電裝置，其特征在于，每個導水部分遠離中間部分的一端的橫截面為矩形，每個導水部分面向中間部分的一端的橫截面為圓形，圓形橫截面和矩形橫截面均垂直于水平面且垂直于水流方向，所述圓形橫截面的面積小于矩形橫截面的面積。5.根據權利要求1所述的潮流能發電裝置，其特征在于，所述框架包括外框架和至少一個內框架，所述內框架可分離地設置于所述外框架內。6.根據權利要求5所述的潮流能發電裝置，其特征在于，至少兩個水平軸水輪發電機固定于一根安裝軸上且于同一個內框架內沿垂直于水平面的方向排列。7.—種導流罩，應用于潮流能發電裝置中，所述潮流能發電裝置包括至少一個水平軸水輪發電機和至少一根轉軸，所述水平軸水輪發電機固定于所述轉軸，所述轉軸具有軸線，軸線的方向垂直于水平面，所述水平軸水輪發電機包括葉片和發電機，所述水平軸水輪發電機具有中心軸線，中心軸線的方向平行于水平面，其特征在于，導流罩包括: 兩個導水部分； 中間部分，位于兩個導水部分之間； 其中，轉軸的軸線和水平軸水輪發電機的中心軸線形成的交點為中心點，中間部分的內表面上的任一點到中心點之間的距離為第一距離，葉片離中心點最遠的一個端點為最遠端點，所述最遠端點到中心點之間的距離為第二距離，所述第一距離大于所述第二距離； 所述中間部分分別面向兩個導水部分的兩端的橫截面為圓形，所述橫截面所在的平面垂直于水平面且垂直于水流方向，所述橫截面的半徑略大于所述最遠端點到所述中心軸線之間的距離。8.根據權利要求7所述的導流罩，其特征在于，所述中間部分的內表面上的任一點到中心點之間的距離相等。9.根據權利要求7所述的導流罩，其特征在于，每個導水部分遠離中間部分的一端的橫截面為矩形，每個導水部分面向中間部分的一端的橫截面為圓形，圓形橫截面和矩形橫截面均垂直于水平面且垂直于水流方向，所述圓形橫截面的面積小于矩形橫截面的面積。10.根據權利要求7所述的導流罩，其特征在于，導流罩為非對稱結構。
【文檔編號】F03B13/26GK205714570SQ201620350312
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】林東, 徐虔誠
【申請人】杭州林東新能源科技股份有限公司